BLOS對流層散射通信入門

介紹

盡管對流層散射（對流層散射或?qū)α鳎?a href="http://srfitnesspt.com/soft/data/43-44/" target="_blank">通信技術(shù)自 1950 年代以來一直存在，并在 1960 年至 2002 年期間被美國軍方使用，但在對戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信 （Satcom） 可靠性的擔(dān)憂之后，這種傳統(tǒng)技術(shù)正在復(fù)興。幾十年來，衛(wèi)星是一種可靠和安全的通信方式，為軍隊(duì)的每個(gè)部門提供戰(zhàn)略服務(wù)。然而，隨著非盟國技術(shù)的進(jìn)步，衛(wèi)星和衛(wèi)星通信系統(tǒng)變得越來越脆弱。許多人再次尋求對流層散射技術(shù)，以幫助確保關(guān)鍵的語音和數(shù)據(jù)通信在全球范圍內(nèi)安全傳輸。

下面提供了對戰(zhàn)術(shù)對流層散射通信的挑戰(zhàn)和要求的見解，并進(jìn)一步討論了COTS硬件解決方案，這些解決方案可以緩解設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)并滿足最新對流散射應(yīng)用的要求。

對流層散射通信設(shè)計(jì)要求和挑戰(zhàn)

對流層散射通信依賴于對流層中發(fā)射的信號散射，其中足夠大的信號功率散射在等待接收器的方向上。與衛(wèi)星通信信號非常相似，只有很小一部分信號能量到達(dá)接收器，大部分信號能量反射到整個(gè)大氣層或被發(fā)送到太空。使用具有較大增益的高方向天線可以幫助減輕一些信號能量損失。然而，這也意味著發(fā)射天線和接收天線都需要精確對準(zhǔn)指向?qū)α鲗拥耐粎^(qū)域，以便發(fā)送和接收信號以與稱為公共散射體積的區(qū)域相交，在那里發(fā)生前向散射現(xiàn)象。

典型的對流層散射通信頻率范圍從數(shù)十兆赫茲到超過10 GHz，具體取決于所使用的技術(shù)。高頻系統(tǒng)允許更小的天線和互連，以獲得與低頻對流散射系統(tǒng)相當(dāng)?shù)脑鲆婧托阅?。然而，更高頻率的信號往往會在RF電路內(nèi)和大氣中遭受更大的損耗。因此，對流散射通信系統(tǒng)的尺寸和重量與成本和便攜性之間存在權(quán)衡。

便攜性是對流層散射通信系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)樵摷夹g(shù)的主要應(yīng)用是安裝在陸地機(jī)動(dòng)車輛上的可部署系統(tǒng)或易于由移動(dòng)裝置運(yùn)輸并部署在臨時(shí)基地的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可能還需要在衛(wèi)星通信或其他視線（LOS）通信故障的情況下作為替代或冗余系統(tǒng)快速部署。超視距（BLOS）通信，如衛(wèi)星和對流散射系統(tǒng)，對于山區(qū)或丘陵景觀阻礙LOS通信可靠使用的手術(shù)室至關(guān)重要。

因此，堅(jiān)固性和可靠性也是新型對流散射系統(tǒng)的關(guān)鍵要求，除了衛(wèi)星通信和其他目前使用的LOS通信系統(tǒng)之外，還可能包括這些系統(tǒng)。重量輕和體積小是最新的對流散射通信高度重視的其他因素，因?yàn)檫@些確實(shí)是必須存儲，運(yùn)輸和/或安裝在移動(dòng)平臺上的附加設(shè)備。

另一個(gè)需要考慮的因素是最新戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的吞吐量和帶寬需求。傳統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)只需要幾兆赫茲的帶寬和吞吐量，只能達(dá)到每秒幾兆比特（mbps），而作為整個(gè)國防部現(xiàn)代化工作一部分的最新戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)需要數(shù)百兆赫茲的帶寬和吞吐量達(dá)到每秒數(shù)百兆比特，以便與軍用衛(wèi)星系統(tǒng)相媲美。

為了達(dá)到高水平的吞吐量，對流層散射通信系統(tǒng)還需要具有低附加噪聲和相位噪聲的高性能RF器件，以最大限度地減少通過通信鏈路發(fā)送的調(diào)制信號的劣化。此外，為了最小化誤差矢量幅度（EVM）并提供更高的動(dòng)態(tài)范圍，用于對流層散射系統(tǒng)的RF器件也必須具有高度線性。

Wolfspeed C 波段對流層散射解決方案

最新的對流散射通信系統(tǒng)要求給射頻設(shè)計(jì)人員和供應(yīng)商帶來了巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)需要重量輕、堅(jiān)固耐用、可靠性、緊湊尺寸、高帶寬、出色的電氣性能和效率。幸運(yùn)的是，Wolfspeed擁有完善的氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管（HEMT）功率放大器（PA）解決方案，其中包括CGHV1F025S。這種高效率和高增益晶體管可用于地面衛(wèi)星通信應(yīng)用，非常適合用于一系列BLOS、航空航天和衛(wèi)星通信應(yīng)用，包括對流散射。

CGHV1F025S 的工作頻率范圍為 DC 至 15 GHz，為對流散射天線和互連提供了尺寸和重量的良好平衡，同時(shí)提供頻率能力，甚至可以為最新的戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)提供服務(wù)，這些系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高吞吐量性能和頻率捷變操作，該系統(tǒng)由采用直接數(shù)字合成 （DDS） 技術(shù)的軟件定義無線電 （SDR） 提供支持。此外，該晶體管充分利用了潛在有限的電源，在 50 GHz 時(shí)的典型功率效率接近 9%。該晶體管的典型功率輸出為 25 W，典型小信號增益為 11dB，采用 3 × 4mm 雙扁平無鉛塑料封裝，非常節(jié)能。

贛語

CGHV1F025S作為對流散射通信放大器的可行性由最初為C波段衛(wèi)星通信應(yīng)用而設(shè)計(jì)的應(yīng)用夾具CGHV1F025S-AMP4得到證明。CGHV1F025S-AMP4 由兩個(gè) CGHV1F025S 放大器和威爾金森合路器組成，工作頻率范圍為 4.4 GHz 至 5 GHz，總飽和輸出功率為 50 W。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)超過 50% 的漏極效率和超過 13 dB 的小信號增益，EVM 不到 3%，峰均功率比 （PAPR） 偏移正交相移鍵控 （OQPSK） 信號低于 y-6.dB。

結(jié)論

Wolfspeed工程師努力的結(jié)果是一種放大器設(shè)計(jì)，使戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)能夠在恒定幅度信號下運(yùn)行，其性能特征是對流層散射通信應(yīng)用所需的。Wolfspeed GaN HEMT 技術(shù)的尺寸、重量和堅(jiān)固性是行業(yè)領(lǐng)先的，其他優(yōu)勢來自 CGHV1F025S 晶體管使用的 COTS 塑料封裝樣式。

審核編輯：郭婷